드디어 밝혀진 파킨슨 단백질의 구조

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-04-04

뇌 세포에서 축적되는 단백질 덩어리들은 치매(dementia), 파킨슨 질환, 알츠하이머 질환 등과 같은 신경질환의 표시인자이다. 지난 수년 동안, 알파시뉴클린(alpha synuclein)으로 알려진 그러한 단백질 중의 하나에 대한 구조에 대해 여러 논쟁이 있어 왔다. MIT의 컴퓨터 계산학자들은 파킨슨 질환과 관련되어 널리 알려진 단백질에 대한 구조를 모델링할 수 있었으며 이들이 두 가지 가능한 상태인 플로피(floppy, 늘어진 상태)와 리기드(ligid, 정렬된 상태) 상태로 존재하고 있다는 것을 발견할 수 있었다. 이와 관련해 MIT의 컴퓨터 공학 및 전기공학부 조교수인 Collin Stultz는 이러한 발견은 응집이 일어나지 않도록 단백질을 정렬된 구조로 변화시키는 것이 파킨슨 질환을 치료할 수 있는 새로운 방법이 될 수 있다고 말했다. Journal of the American Chemical Society지에 이번 결과를 발표하기도 한 Stultz는 “만약 알파시뉴클린(alpha synuclein)이 응집이 일어나지 않는 정렬된 구조를 가지고 있다면 당신은 이러한 단백질들이 응집되지 않도록 이 안정된 구조를 안정화시킬 수 있는 약물 디자인 전략을 생각해보아야 할 것”이라고 말했다. 수십 년 동안, 연구자들은 알파시뉴클린이 뇌 세포에서 루이바디병(Lewy bodies)으로 알려진 덩어리를 형성하는 것으로 믿고 있었다. 하지만 2011년 하버드대의 신경학자인 Dennis Selkoe와 동료 연구자들은 세포로부터 알파시뉴클린을 조심스럽게 추출한 뒤, 이들이 매우 정렬되고 접혀져 있는 구조라는 것을 발견했다. 이 놀랄만한 발견이 여러 과학적 논쟁을 불러일으켰다. 몇몇 연구자들은 그 발견을 재현하기 위해 노력했지만 실패했으며, Thomas Pochapsky와 Gregory Petsko가 이끄는 브랜다이스대(Brandeis University)의 연구자들은 이 단백질의 정렬된 구조를 다시 발견하기도 했다. Stultz와 동료 연구자들은 Pochapsky의 연구자들과 공동 연구를 통해 이 논란에 다시 뛰어들었으며 컴퓨터 모델링 기술을 이용해 이 단백질들이 어떤 모양의 구조를 이루고 있는 지를 예측해보았다. 브랜다이스대 연구자들에 의해 수집된 구조 데이터를 연구하여, Stultz는 실험적 데이터들을 가장 잘 설명할 수 있는 구조를 결정하기 위해 서로 다른 많은 구조들의 가능성을 계산할 수 있는 모델을 만들었다. 이들이 만들어낸 계산에 의하면, 그 단백질은 빠르게 서로 다른 다양한 구조 사이를 스위칭할 수 있다. 어떤 주어진 시간에 약 70%의 단백질들이 여러 형태 중 하나로 존재할 수 있으며 이 단백질들 중 몇몇은 또한 헬릭스(helice)와 베타 가닥 등을 포함한 잘 정렬된 구조를 만들어 존재할 수 있는 것으로 파악되었다. 이에 대해 Stultz는 “그러나, 대다수들의 단백질들이 무질서하게 존재하기 때문에 이들도 무질서하게 존재한다고 보는 것이 옳다는 연구자들도 있다”고 말했다. 이러한 논쟁에 이번 연구에 참여하였던 캔터키대(University of Kentucky)의 세포 생화학자인 Trevor Creamer 박사는 “이번 연구는 이러한 간극을 메우려는 시도로 보인다. 단백질의 새로운 구조를 예측하는 데 있어서 이 모델의 예측이 가지는 중요성을 이미 실험자들이 찾아내고 있다”고 말했다. Stultz는 현재 이 단백질의 구조를 변화시키는 요인에 대한 연구를 수행 중이다. 그림: 이번 연구의 주 연구자인 Collin Stultz 교수 2-1-sortingoutst.jpg http://phys.org/news/2013-04-parkinson-protein.html